[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung
von Iridium aus mindestens einem Ausgangsmaterial, welches Iridium sowie Platin und/oder
Palladium enthält.
Stand der Technik
[0002] Die Gewinnung von Iridium aus Erzen kann beispielsweise hydrometallurgisch erfolgen.
Dabei wird das zu gewinnende Metall durch Komplexbildung in wässrige Lösung gebracht.
Dies kann durch Behandlung des Erzes mit Königswasser erfolgen. Auch zur Rückgewinnung
von Iridium aus Altmetallen kann ein hydrometallurgisches Verfahren angewandt werden.
[0003] In Erzen kommt Iridium in der Regel vergesellschaftet mit Platin und Palladium vor.
In Altmetallen ist es häufig mit Palladium oder mit Platin legiert. Wenn die Rückgewinnung
von Iridium aus Altmetallen nicht hydrometallurgisch, sondern pyrometallurgisch erfolgt,
so werden dabei häufig Anodenschlämme erhalten, in denen Iridium mit anderen Platingruppenmetallen
wie insbesondere Palladium und Platin vermischt ist.
[0005] Die
DE 10 2015 118 279 A1 beschreibt die Gewinnung von Platin aus einem platinhaltigen Material durch abwechselnde
Behandlung mit Ozon und mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines Komplexbildners.
Offenbarung der Erfindung
[0006] In dem Verfahren zur Trennung von Iridium aus mindestens einem Ausgangsmaterial,
welches die Metalle Iridium sowie Palladium und/oder Platin enthält, wird das Ausgangsmaterial
zunächst in einer wässrigen Lösung mit einem pH-Wert mit maximal 1 mit mindestens
einem Oxidationsmittel behandelt. Anschließend wird es in einer wässrigen Lösung mit
einem pH-Wert von maximal 1 abwechselnd mit mindestens einem Oxidationsmittel und
mit Wasserstoff behandelt. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die
alleinige Behandlung mit einem Oxidationsmittel in einer stark sauren Lösung nicht
ausreicht, um Iridium aus einem Ausgangsmaterial aufzulösen. Vielmehr gelingt dies
nur in einem transienten Auflösungsprozess, indem die Oberfläche des Ausgangsmaterials
durch eine Reduktion mit Wasserstoff immer wieder von Oberflächenoxiden befreit wird.
Palladium und Platin können hingegen entweder unter alleiniger Anwendung eines Oxidationsmittels
in Lösung gebracht werden oder unter abwechselnder Behandlung mit einem Oxidationsmittel
und einem Reduktionsmittel, welches ein schwächeres Redoxpotential als Wasserstoff
aufweist und deshalb nicht dazu in der Lage ist, einen transienten Auflösungsprozess
von Iridium auszulösen. Somit ist es möglich, Palladium und/oder Platin zunächst aus
dem Ausgangsmaterial herauszulösen und so von diesem abzutrennen, bevor schließlich
eine Auflösung des Iridiums erfolgt. Würde hingegen mit einer abwechselnden Behandlung
des Ausgangsmaterials mit dem Oxidationsmittel und dem Wasserstoff begonnen, so würden
sowohl das Iridium als auch das im Ausgangsmaterial enthaltene Palladium und/oder
Platin in Lösung überführt und müssten anschließend durch einen separates Trennverfahren
voneinander getrennt werden.
[0007] Gegenüber bekannten hydrometallurgischen und pyrometallurgischen Verfahren zur Iridiumgewinnung,
in denen ein Gemisch dieser Metalle erhalten wird, hat das vorliegende Verfahren also
den Vorteil, dass eine anschließende selektive Ausfällung der Metalle aus einer Lösung
nicht erforderlich ist. Diese bisher angewandte selektive Ausfällung hat den Nachteil,
dass sie prozesstechnisch aufwendig ist, viel Zeit in Anspruch nimmt und geringe Ausbeuten
von weniger als 70 % liefert.
[0008] Das Verfahren ist für alle Arten von Ausgangsmaterialien geeignet, in denen Iridium
neben Platin und/oder Palladium vorliegt. Dies umfasst sowohl Erze, in denen Iridium
mit Platin und/oder Palladium vergesellschaftet ist, als auch Altmetalle, in denen
Iridium mit Platin und/oder Palladium legiert ist.
[0009] Wenn das Ausgangsmaterial Iridium und Palladium aber kein Platin enthält, dann ist
vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausgangsmaterial zunächst in einer wässrigen Lösung
mit mindestens einem Oxidationsmittel behandelt wird, um das Palladium in Lösung zu
bringen. Anschließend wird das so behandelte Ausgangsmaterial in einer weiteren wässrigen
Lösung abwechselnd mit mindestens einem Oxidationsmittel und mit Wasserstoff behandelt,
um auch das Iridium in Lösung zu bringen. Das Palladium und das Iridium können anschließend
aus den beiden Lösungen reduktiv ausgewählt werden.
[0010] Wenn das Ausgangsmaterial Iridium und Platin aber kein Palladium enthält, wird es
vorzugsweise zunächst in einer wässrigen Lösung abwechselnd mit mindestens einem Oxidationsmittel
und mit Kohlenmonoxid behandelt. Hierbei geht das Platin transient in Lösung. Das
Reduktionsvermögen des Kohlenmonoxids reicht allerdings nicht aus, um auch das Iridium
transient aufzulösen. Wenn das so behandelte Ausgangsmaterial jedoch anschließend
in einer weiteren wässrigen Lösung abwechselnd mit einem Oxidationsmittel und mit
Wasserstoff behandelt wird, erfolgt auch eine Auslösung des Iridiums. Anschließend
können das Platin und das Iridium aus den beiden Lösungen separat ausgefällt werden.
[0011] Wenn das Ausgangsmaterial sowohl Palladium als auch Platin und Iridium enthält, ist
in dem Verfahren vorzugsweise vorgesehen, das Ausgangsmaterial zunächst in einer wässrigen
Lösung nur mit einem Oxidationsmittel ohne Anwendung eines Reduktionsmittels zu behandeln.
Hierbei geht das Palladium in Lösung. Diese Reaktionsbedingungen reichen allerdings
nicht aus, um auch Platin aufzulösen. Das Ausgangsmaterial, welches nun nur noch Platin
und Iridium enthält, kann also von der palladiumhaltigen, wässrigen Lösung abgetrennt
werden und anschließend in weiteren Verfahrensschritten abwechselnd mit einem Oxidationsmittel
und mit Kohlenmonoxid behandelt werden. Hierbei erfolgt eine transiente Auflösung
des Platins. Anschließend wird das vom Platin befreite Ausgangsmaterial in eine weitere
wässrige Lösung eingebracht und in dieser abwechselnd mit einem Oxidationsmittel und
mit Wasserstoff behandelt. So wird schließlich auch das Iridium aufgelöst. Es werden
drei wässrige Lösungen erhalten, die jeweils eines der Metalle Palladium, Platin oder
Iridium in kationischer löslicher Form enthalten, wobei die Kationen insbesondere
mit in der wässrigen Lösung enthaltenen Anionen komplexiert sind. Die Metalle können
aus diesen drei Lösungen schließlich reduktiv ausgefällt werden.
[0012] Es ist bevorzugt, dass zwischen einer Behandlung des Ausgangsmaterials mit einem
Oxidationsmittel und mit Kohlenmonoxid und/oder zwischen einer Behandlung des Ausgangsmaterials
mit einem Oxidationsmittel und mit Wasserstoff ein Inertgas in die wässrige Lösung
eingeleitet wird. Bei dem in Erdgas kann es sich insbesondere um Argon oder um Stickstoff
handeln. Auf diese Weise wird Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel, das im transienten
Auflösungsprozess nicht abreagiert hat, aus der Lösung ausgetrieben, um zu verhindern,
dass es mit dem Oxidationsmittel bzw. Reduktionsmittel reagiert, das anschließend
in die Lösung eingeleitet wird. Hierdurch wird ein unnötig hoher Verbrauch an Oxidationsmittel
bzw. dem Reduktionsmittel Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff vermieden und es werden
exotherme Reaktionen zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reduktionsmittel in der
wässrigen Lösung verhindert.
[0013] Das Oxidationsmittel ist vorzugsweise ein Gas. Gasförmige Oxidationsmittel haben
den Vorteil, dass sie nicht nur schnell in die wässrige Lösung eingeleitet werden
können, sondern auch schnell wieder aus dieser ausgetrieben werden können. Außerdem
kann ein Einleitungselement, dass zum Einleiten des gasförmigen Kohlenmonoxids und/oder
Wasserstoffs dient, hierbei auch zum Einleiten des Oxidationsmittels verwendet werden.
Besonders bevorzugt enthält das Oxidationsmittel Ozon. Insbesondere kann es sich um
ein Gemisch aus Sauerstoff und Ozon handeln, wie es von einem Ozonisator bereitgestellt
wird.
[0014] Der Ozongehalt des Oxidationsmittels liegt ganz besonders im Bereich von 3 Vol.-%
bis 5 Vol.-%. Für eine einfache Verfahrensführung ist es weiterhin bevorzugt, dass
sowohl für die Auflösung des Palladiums und/oder Platins als auch für die Auflösung
des Iridiums dasselbe Oxidationsmittel verwendet wird.
[0015] Die wässrige Lösung enthält bevorzugt Chloridionen, wobei eine Konzentration der
Chloridionen im Bereich von 0,1 mol/l bis 10,0 mol/l besonders bevorzugt ist und eine
Konzentration im Bereich von 0,1 mol/l bis 5,0 mol/l ganz besonders bevorzugt ist.
Chloridionen bilden mit Palladiumkationen, Platinkationen und Iridiumkationen jeweils
Chlorokomplexe und stabilisieren diese hierdurch in der wässrigen Lösung.
[0016] Die wässrige Lösung ist bevorzugt eine Salzsäure mit einer Konzentration im Bereich
von 0,1 mol/l bis 10,0 mol/I, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 mol/l bis 5,0
mol/l. Eine Salzsäure dieser Konzentration weist sowohl den für das Verfahren erforderlichen
pH-Wert als auch den bevorzugten Chloridionengehalt auf. Grundsätzlich ist es aber
auch möglich, den pH-Wert der wässrigen Lösung mittels einer anderen Säure wie insbesondere
Schwefelsäure oder Salpetersäure einzustellen und die Chloridionen dann in Form eines
Salzes insbesondere in Form von Natriumchlorid zuzufügen. Um eine Übersättigung der
wässrigen Lösung, die zu einer unerwünschten Ausfällung von Salzen führen könnte,
zu vermeiden, ist es hierbei bevorzugt, dass die Konzentration an Natriumchlorid an
der Lösung 4,0 mol/l nicht überschreitet.
[0017] Um Iridium sowie Palladium und/oder Platin aus separaten Lösungen ausfällen zu können,
ohne Lösungen zu erhalten, welche mehrere dieser Metalle enthalten, ist es bevorzugt,
dass das Ausgangsmaterial jeweils nach dem Auflösen eines der Metalle von der bisherigen
wässrigen Lösung getrennt und in eine neue wässrige Lösung eingebracht wird. Die Zusammensetzung
der wässrigen Lösung ist jedoch für alle Auflösungsschritte vorzugsweise gleich, um
die gesamte in dem Verfahren benötige wässrige Lösung aus einem einzigen Vorratstank
entnehmen zu können, sodass keine unterschiedlichen Lösungen vorgehalten werden müssen.
[0018] Die Vorrichtung zur Trennung von Iridium aus mindestens einem Ausgansmaterial, welches
Iridium sowie Palladium und/oder Platin enthält, ist eingerichtet, um die Schritte
des Verfahrens durchzuführen. Hierzu weist sie insbesondere einen Reaktionsraum zur
Bevorratung des Ausgangsmaterials und der wässrigen Lösung auf, sowie mindestens eine
Einleitungsstelle durch welche das Oxidationsmittel sowie Wasserstoff und gegebenenfalls
Kohlenmonoxid und/oder ein Inertgas eingeleitet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Figur 3 zeigt schematisch eine andere Vorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm noch eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
[0020] In den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird ein Ausgangsmaterial
10 in wässrigen Lösungen 20 behandelt, um daraus Iridium sowie Palladium und/oder
Platin zu gewinnen. Bei der wässrigen Lösung 20 handelt es sich beispielsweise um
eine Salzsäure mit einer Konzentration von 1,0 mol/l und einem pH-Wert von 0.
[0021] Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
in der das Ausgangsmaterial 10 und die wässrige Lösung 20 bevorratet sind. Eine Einleitungsdüse
31 ist dazu vorgesehen, um unterschiedliche Gase in die Vorrichtung 30 einzuleiten.
Hierzu ist sie über ein Ventil 32 mit mehreren Gasquellen 33 bis 35 verbunden. Die
erste Gasquelle 33 stellt ein Gemisch aus Ozon und Sauerstoff bereit, welches 3 Vol.-%
Ozon enthält und als Oxidationsmittel fungieren kann. Die zweite Gasquelle 34 stellt
Stickstoff bereit. Die dritte Gasquelle 35 stellt Wasserstoff bereit. Um Verfahren
gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung durchzuführen, sind mehrere
Behälter vorgesehen, welche in Figur 1 nicht dargestellt sind. Sammelbehälter dienen
dazu, eine wässrige Lösung 20 nach einem Auflösungsschritt zu sammeln, wenn sie aus
der Vorrichtung 30 entnommen wurde. Ein Vorratsbehälter bevorratet weitere wässrige
Lösung 20, die in die Vorrichtung 30 eingefüllt werden kann, nachdem die zuvor verwendete
Lösung 20 in einen Sammelbehälter überführt wurde. Der Vorratsbehälter und die Sammelbehälter
können mittels Leitungen mit der Vorrichtung 30 verbunden sein oder es kann auch vorgesehen
sein, dass wässrige Lösungen 20 manuell aus der Vorrichtung 30 in einen Sammelbehälter
abgelassen werden und die Vorrichtung 30 manuell mit frischer wässriger Lösung 20
befüllt wird.
[0022] In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich
bei dem Ausgangsmaterial 10 um ein Material, welches Iridium und Palladium aber kein
Platin enthält. Der Ablauf dieses Verfahrens ist in Figur 2 dargestellt. Nach dem
Start 40 des Verfahrens wird das Ausgangsmaterial 10 in die wässrige Lösung 20 eingebracht
50. Anschließend wird das Ozon/SauerstoffGemisch in die Vorrichtung 30 eingeleitet
51, bis das gesamte Palladium in der wässrigen Lösung 20 aufgelöst wurde. Die wässrige
Lösung 20, welche nun gelöste Chlorokomplexe des Palladiums enthält, wird vom Ausgangsmaterial
10 abgetrennt und frische wässrige Lösung 20 wird in die Vorrichtung 30 eingebracht
70. Nun folgen nacheinander ein erneutes Einleiten 71 des Ozon/Sauerstoff-Gemischs
ein Einleiten 72 von Stickstoff, ein Einleiten 73 von Wasserstoff und ein nochmaliges
Einleiten 74 von Stickstoff in die wässrige Lösung 20. Die Schritte 71 bis 74 werden
so oft wiederholt, bis eine Prüfung 75 beispielsweise mittels eines nicht dargestellten
Sensors in der Vorrichtung 30 ergibt, dass die Iridiumkonzentration in der Lösung
20 nicht mehr ansteigt und demnach das gesamte Iridium aus dem Ausgangsmaterial 10
herausgelöst wurde. Anschließend erfolgt ein Beenden 41 des Verfahrens. Aus der zuerst
abgetrennten wässrigen Lösung 20 kann nun das Palladium isoliert werden und aus der
anschließend verwendeten wässrigen Lösung 20 die nun Chlorokomplexe des Iridiums enthält,
kann das Iridium isoliert werden.
[0023] Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Dieses unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Ventil 32
weiterhin mit einer vierten Gasquelle 36 verbunden ist. Die vierte Gasquelle 36 stellt
Kohlenmonoxid oder ein Gemisch von Kohlenmonoxid mit einem Trägergas zur Verfügung,
welches mindestens 5 Vol.-% enthält. Während die Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
dazu geeignet ist, ein Ausgangsmaterial 10 behandeln, welches Iridium und Palladium
aber kein Platin enthält, ist die Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
dazu geeignet, um ein Ausgangsmaterial 10 behandeln, welches Iridium und Platin und
gegebenenfalls zusätzlich auch Palladium enthält.
[0024] Figur 4 zeigt den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens, in dem Iridium
aus einem Ausgangsmaterial 10 gewonnen wird, welches neben dem Iridium, Platin aber
kein Palladium enthält. Nach dem Start 40 des Verfahrens erfolgt zunächst ein Einbringen
60 des Ausgangsmaterials 10 in die wässrige Lösung 20. Es folgt ein Einleiten 61 von
Ozon, ein Einleiten 62 von Stickstoff, ein Einleiten 63 von Kohlenmonoxid und ein
erneutes Einleiten 64 von Stickstoff in die wässrige Lösung 20. Diese Schritte 61
bis 64 werden so oft wiederholt, bis eine Prüfung 65 ergibt, dass die Platinkonzentration
der wässrigen Lösung nicht mehr ansteigt. Die so erhaltenen wässrige Lösung 20, welche
Chlorokomplexe des Platins enthält, wird aus der Vorrichtung 30 entfernt und das Ausgangsmaterial
10 wird mit frischer wässriger Lösung 20 versetzt 70. Anschließend werden die Verfahrensschritte
71 bis 74 in derselben Weise wie bei der Behandlung eines Ausgangsmaterials, welches
Iridium und Palladium aber kein Platin enthält so oft wiederholt, bis eine Prüfung
75 ergibt, dass die Iridiumkonzentration in der wässrigen Lösung 20 nicht mehr ansteigt.
Danach erfolgt ein Beenden 41 des Verfahrens. Auf diese Weise werden eine platinhaltige
und eine iridiumhaltige wässrige Lösung 20 erhalten, aus denen das jeweilige Metall
jeweils ausgefällt werden kann.
[0025] Wenn das Ausgangsmaterial 10 Palladium, Platin und Iridium enthält, werden diese
drei Metalle nacheinander mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens in einer Weise in Lösung gebracht, die in Figur 5 dargestellt ist. Nach
dem Start 40 des Verfahrens, laufen zunächst die Verfahrensschritte 50 und 51 in derselben
Weise ab, wie bei der Behandlung eines Ausführungsmaterials, welches Iridium und Palladium
aber kein Platin enthält. Dann folgt eine Durchführung der Verfahrensschritte 60 bis
65 in derselben Weise wie bei der Behandlung eines Ausgangsmaterials 10, welches Iridium
und Platin aber kein Palladium enthält. Schließlich werden die Verfahrensschritte
70 bis 75 in derselben Weise wie in allen voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. Danach kann das Verfahren beendet werden
41. Dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert drei separate
wässrige Lösungen, die jeweils Chlorokomplexe eines der Metalle Palladium, Platin
und Iridium enthalten. Durch Ausfällung der drei Metalle aus den jeweiligen Lösungen
können diese in Reinform erhalten werden.
1. Verfahren zur Trennung von Iridium aus mindestens einem Ausgangsmaterial (10), welches
Iridium sowie Palladium und/oder Platin enthält, worin das Ausgangsmaterial (10) in
einer wässrigen Lösung (20) mit einem pH-Wert von maximal 1 mit mindestens einem Oxidationsmittel
behandelt wird (51, 61) und anschließend in der wässrigen Lösung (20) oder einer weiteren
wässrigen Lösung mit einem pH-Wert von maximal 1 abwechselnd mit dem mindestens einen
Oxidationsmittel oder mindestens einem weiteren Oxidationsmittel behandelt wird (71)
und mit Wasserstoff behandelt wird (73).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (10) Iridium und Palladium enthält, wobei es in der wässrigen
Lösung (20) mit dem mindestens einen Oxidationsmittel behandelt wird (51).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (10) Iridium und Platin enthält, wobei es in der wässrigen Lösung
(20) abwechselnd mit dem mindestens einen Oxidationsmittel behandelt wird (61) und
mit Kohlenmonoxid behandelt wird (63).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial (10) Iridium, Palladium und Platin enthält, wobei es in der
wässrigen Lösung (20) mit dem mindestens einen Oxidationsmittel behandelt wird (51),
anschließend in der wässrigen Lösung (20) oder der weiteren wässrigen Lösung abwechselnd
mit dem mindestens einen Oxidationsmittel behandelt wird (61) und mit Kohlenmonoxid
behandelt wird (63).
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Behandlung (61) des Ausgangsmaterials (10) mit dem mindestens einen
Oxidationsmittel und der Behandlung (63) des Ausgangsmaterials (10) mit Kohlenmonoxid
ein Inertgas in die wässrige Lösung (20) oder die weitere wässrigen Lösung eingeleitet
wird (62, 64).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Behandlung (71) des Ausgangsmaterials (10) mit dem mindestens einen
Oxidationsmittel oder dem mindestens einen weiteren Oxidationsmittel und der Behandlung
(73) des Ausgangsmaterials (10) mit Wasserstoff ein Inertgas in die wässrige Lösung
(20) oder weitere wässrige Lösung eingeleitet wird (72, 74).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel Ozon enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung (20) 0,1 mol/l bis 10,0 mol/l Chloridionen enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schritt des Gewinnens des getrennten Iridiums aus der wässrigen Lösung (20)
oder der weiteren wässrigen Lösung.
10. Vorrichtung (30) zur Trennung und/oder Gewinnung von Iridium aus mindestens einem
Ausgangsmaterial (10), welches Iridium sowie Palladium und/oder Platin enthält, wobei
die Vorrichtung (30) eingerichtet ist, um die Schritte eines Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.